CC BY
21
Полученные данные являются основополагающими при создании новых эффективных технологий мучных кондитерских изделий функционального назначения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Туманова А.Е. Функционирование технологических потоков производства печенья // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003. -№ 4. - С. вв-61.
2. Даишев М.И.. Зеликман И.Ф., Даишева Л.М. К теории растворимости сахарозы в присутствии несахаров // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1968. - № 3. - С. 32-33.
3. Никифорова В.Н., Зубченко A.B. Физико-химические основы производства сахарных кондитерских изделий. - М.: Пищевая пром-сть, 1969. - 280 с.
4. Зубченко A.B. Физико-химические основы технологии кондитерских изделий. - Воронеж: ВГТА, 1997. - 413 с.
5. Васькнна В.А. Научно-практические основы для разработки технологий кондитерских изделий: Дис. ... д-ра техн. наук. - М., 1997. -357 с.
6. Буравлева В.И., Зубченко A.B., Олейникова А.Я. Исследование структуры водных растворов сахаров физическими методами // Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - Воронеж, 1977. - С. 67.
Кафедра технологии кондитерского производства
Поступила 06.05.03 г.
639.386.1:637.56
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОДХОДА К РАСЧЕЛV ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВЫХ ДИСПЕРСИЙ ИЗ КОШ РЫБ
Л.В. АНТИПОВА, О.П. ДВОРЯНИНОВА, И.А. ГЛОТОВА,
В.И. РЯЖСКИХ
Воронежская государственная технологическая академия
Среди полезных веществ в составе вторичных продуктов переработки животных и гидробионтов особое значение имеют коллагеновые белки [1, 2]. Специфический ряд физико-химических, биохимических, биологических свойств, присущих коллагену, обусловливает широкую применимость его растворимых форм в различных отраслях народного хозяйства, в том числе при производстве продуктов питания в качестве функциональных добавок, пищевых покрытий, пленкообразующих и формующих материалов. Растворимые коллагеновые продукты чаще всего реализуются в виде дисперсий. Однако потенциальные возможности коллагенсодержащих продуктов переработки гидробионтов и рыб как источников получения дисперсионных систем на основе коллагеновых белков в качестве дисперсной фазы реализованы явно недостаточно. В реализации новых технологических процессов получения коллагеновых дисперсий из кожи рыб важной задачей является обоснование формализованного подхода к расчету основных режимных параметров, который учитывал бы, однако, специфику физических свойств и химического состава используемого сырья.
Химический состав вторичных продуктов переработки рыб, превалирующими компонентами которых являются различные по растворимости белковые фракции и жир в различном соотношении, и особенности структуры коллагеновых белков в кожах рыб, выявленные методами гистохимического анализа [3], обусловливают целесообразность выделения коллагеновых субстанций из коде отдельных видов рыб, например . горбуши, на основе сочетания методов экстрагирования и ферментной обработки, при этом превалирующая доля балластных фракций удаляется на этапе экстрагирования. Общая схема получения коллагеновых
дисперсий из кожи рыб (рис. 1) предусматривает переработку соленой кожи горбуши в соответствии со спецификой рыбоперерабатывающих предприятий, территориально удаленных от бассейнов вылова.
Раствор нейтральной соли (NaCI) -----------►
Вода
Липоризин Г10х (раствор) ----------►
Вода
СН3СООН ---------►
Соленая кожа рыб
Измельчение на волчке
Экстрагирование балластных солерастворимых белков
Разделение т вердой и жидкой фракций
Экстрагирование балластных водорастворимых белков
Разделение твердой и жидкой фракций
ермептативныи гидролиз липидов
Промывка водой, удаление балластных веществ и остаточного фермента
Разделение твердой и жидкой фракций
Тонкое измельчение (куттерование)
Диспергирование
Охлаждение
.....Ж.......
Хранение
Рис. 1
f
л :н
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
51
:ч:-
ПЧІІ
Л-.
U1H
Етґ,
Гр-'
;п^-
аг
Этапом, предваряющим разработку алгоритма расчета, является процедура структурирования основных материальных потоков в процессе получения коллагеновой дисперсии. Исходная масса соленой кожи рыб может быть представлена в виде суперпозиции составляющих в натуральном (11 и нормированном (2) виде:
т - то + гп\ + т2 + Отз+ Щ,
Ш-
т„
т.
т7 тъ
. — ^ -і—-
от.
т т т пі .
-Cs + С,+Сг + С, +СЛ =2^,,
(1)
(2)
где то - масса коллагена, кг; шь т^-масса балластных соле- и водорастворимых фракций, кг; г«з - масса липидной фракции, кг; т4 -масса свободной воды, кг; С; - концентрации, характеризующие отношение массы составляющего компонента к исходной массе соленой кожи рыб, кг/кг.
Такое представление массового состава соленой кожи рыб следует считать модельным, так как именно эти составляющие определяют качественные показатели процесса получения коллагеновой дисперсии, основными стадиями которого являются удаление балластных фракций путем экстрагирования с последующим разделением твердой и жидкой фракций и ферментативным гвдролизом липидов. При этом одним из определяющих факторов, влияющих на кинетические характеристики реализуемых процессов, является гидродинамическая обстановка в биореакторе. Учитывая, что в биореакторе периодического действия непосредственное влияние на скорость процессов оказывает интенсивность перемешивания реакционной среды, моделирование их кинетики осуществляли предполагая выполнение условий идеального перемешивания.
Известно, что движущей силой массообменного процесса экстрагирования балластных компонентов из хсожи рыб является разность концентраций данного компонента в коже и в экстрагенте. Исходя из того, что гидродинамическая обстановка вокруг дисперсного фрагмента кожи рыб также достаточно приближена к идеальному перемешиванию, расчет кинетики процесса перехода балластных, или примесных, фракции из дисперсной фазы в раствор может быть проведен на
основе дифференциального закона уменьшения содержания примесей, представленного в виде
ЧШ = к (С -С )Sdx,
Щ
где сМ - изменение массы примесей в коже рыб, кг; к - кинетический коэффициент скорости перехода примеси из кожи в раствор, кг/^-с); Ср, С - текущие концентрации примеси в растворе и в коже, кг/кг; 5 - площадь поверхности массообмена, м2; с!х - промежуток времени, с.
С учетом факта незначительного изменения С0 во времени и ее пренебрежимо малой относительной величины из (3) следует, что
dM = к‘ CSdx Разделив обе части (4) на mdx, получим
dC
dx
= -кС,
(4)
(5)
где к = к S/m - приведенный кинетический коэффициент скорости перехода примеси из кожи в раствор, с-1.
Уравнение (5) дополняется очевидным начальным условием
С(0)=С№
(6)
где Св - исходная концентрация примеси в коже, кг/кг.
Вводя относительные зависимые и независимые величины С(В) = С(т)/Сн и 9 = 1аЬ, где 9 - безразхмерная координата времени, из (5) и (6) имеем:
ж а
(7)
С(0)=1. (8)
Интегрирование выражений (7) и (8) позволяет по-
лучить зависимость
С (в) г ехр(-0),
(9)
вид которой представлен на рис. 2.
Обобщенный характер зависимости (9) позволяет в рамках сделанных допущений описать с единых позиций все основные стадии процесса удаления балластных примесей, формализовав технологическую схему в виде графа потоков - с целью обоснования инженерной методики постадийного расчета процесса удаления балластных веществ (рис. 3:0- вершины графа, обозначающие технологическую операцию; 1 - предварительная подготовка кожи рыб (измельчение); 2 - экстрагирование солешстворимых белков в биореакторе с
Липоризин Г10х
Н,ОМ£] КО Н,0
¿с,
iC, /С,
Рис. 3
--------0
Рис. 2
последующим разделением твердой и жидкой фракций; 3
- экстрагирование водорастворимых белков с последующим разделением твердой и жидкой фракций; 4 - ферментативный гидролиз липидной фракции с последующей промывкой и разделением твердой и жидкой фракций; 5 - тонкое измельчение и диспергирование в уксусной кислоте; 6 - охлаждение и хранение).
Необходимым этапом при этом является определение числе иных значений приведенных кинетических коэффициентов для каждой стадии. С учетом массового суммарного содержания белка в коже рыб около 16%, представленного набором соле-, водо- и щелочерастворимых белковых фракций в соотношении 1 : 1,07 : 3,64, доля отдельных белковых фракций в пересчете на общую массу кожи рыбы составляет соответственно 0,45; 0,48 и 1,63%. За 2,25 чпроцесса экстрагирования доля солерастворимой белковой фракции снижается до 0,016% к массе кожи рыбы. Логарифмируя соотношение (9), для к\ получим
к\ = - 1/т 1п С. (10)
Применительно к рассматриваемому частному случаю С = 16 • 10~5, т = 2,25 ч, кх = 3,88 ч“1.
Приведенный кинетический коэффициент для водорастворимой белковой фракции к2 имеет такое же чнсленное значение.
Начальная доля балластных примесей липидной -природы в коже рыб составляет 8% к массе, причем через 2,25 ч обработка ферментным препаратом липоли-тического действия, например липоризин Г10х, приводит к ее снижению до 0,1 %, т. е. в этом случае значение приведенного кинетического коэффициента &з составляет 3,07 Ч '. ■:!!.<: ■ ... ,1
Отметим, что указанные численные значения конечных концентраций балластных белковых и липидных фракций и продолжительность постадийной обработки для их достижения установлены экспериментально при реализации соответствующих процессов на примере получения коллагеновой дисперсии из кожи горбуши.
Практическое использование численных значений приведенных кинетических коэффициентов осуществляется путем поэтапной реализации предлагаемой инженерной методики технологического расчета процесса удаления балластных фракций из исходного объекта
- кожи рыб массой т в соответствии со схемой:
1. Изменение концентрации балластной солерастворимой белковой фракции в исходном объекте за промежуток времени х по формуле
АС\(х) = Сн1 [1 - ехр(—/цт)] (11)
при остаточной массе кожи
т -т[\- ДС[(х)]. (12)
2. Изменение концентрации балластной водорастворимой белковой фракции в исходном объекте за промежуток времени I по формуле
АС2(т) = Сн2 [1 - ехр(-А'2т)] (13)
при остаточной массе кожи
т = ш[1-АС1(х)-АС2(х)]. (14)
3. Изменение концентрации балластной липидной
фракции в исходном объекте за промежуток времени х ПО формуле .. ■
АС3(х) = Сн3 [1 - exp(-Ayt;)], (15)
при остаточной массе очищенного коллагенового продукта
/«= m [1 — AC'i(x) - АС2(х) - АС3(х)]. (16)
Степень удаления балластных фракций белков и липидов, которая служит определяющим показателем качества очищенного коллагенового продукта, лежит в основе граничных условий оптимизационной задачи: получение максимальной массы коллагеновой дисперсии с заданной степенью очистки от балластных фракций при минимальной продолжительности обработки сырья.
Предложенный подход позволяет реально управлять технологическим процессом в получении качественного продукта и реализовать экономически целесообразные технологии получения очищенных коллагеновых субстанций в форме дисперсий, в том числе из такого нетрадиционного сырья, как кожи рыб.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова Л.В., Глотова И.А., Кузнецов А.Н. Полифункцио-нальные биопродукты из вторичного мясного коллагенсодержащего сырья // Мясная индустрия. - 2001. - № 6. - С. 23-26.
2. Алпатова Л.В., Дворншшова О.П. Эффективность применения рыбоперерабатывающих ресурсов для производства функциональных продуктов массового потребления // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2002. - № 5-6. - С. 24-26.
3. Антипова Л.В., Дворянинова O.II. Оценка перспектив применения вторичных ресурсов рыбоперерабатывающей промышленное™ на основе микроструктурной характеристики // Материалы Л Рос. конф. «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов». -М., 2002. - С. 34-35.
Кафедра технологии мяса и мясных продуктов Поступила 24.06.03 г.
